王松林 （安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，安徽 蕪湖241002）

轉(zhuǎn)載機(jī)在實際生產(chǎn)工作中有著十分廣泛應(yīng)用領(lǐng)域，如煤炭傳輸?shù)?。轉(zhuǎn)載機(jī)性能的好壞對生產(chǎn)加工效率起著決定性的作用，尤其對其多級傳送系統(tǒng)而言，其中任意一級傳送系統(tǒng)發(fā)生故障，如果不及時采取處理措施，都會造成物料堆積在生產(chǎn)線上，進(jìn)而可能會導(dǎo)致整條生產(chǎn)線的癱瘓，最終帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。為此，筆者設(shè)計了基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)載機(jī)三級傳送控制系統(tǒng)?2011年安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級質(zhì)量工程項目 （ZL201103）。

1 設(shè)計要求

轉(zhuǎn)載機(jī)正常啟動時，為了防止物料在傳輸過程中堆積在生產(chǎn)線上，要求第1級皮帶運轉(zhuǎn)一定時間后給第2級皮帶一個信號，等第2級皮帶運轉(zhuǎn)一定時間后再給第3級皮帶一個信號，推動第3級皮帶開始運轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)載機(jī)正常停止時，為了保證皮帶上的物料能順利運輸完畢，要求第3級皮帶首先停止，過一段時間后才讓第2級皮帶停止運轉(zhuǎn)，再過一段時間后讓第1級皮帶停止運轉(zhuǎn)。

當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)發(fā)生故障時，如果第3級皮帶發(fā)生故障，應(yīng)保證第2級皮帶正常運轉(zhuǎn)一定時間后停止，并且應(yīng)等待第2級皮帶停止運轉(zhuǎn)一段時間后，再停止第1級皮帶的運轉(zhuǎn)；如果第2級皮帶發(fā)生故障，首先應(yīng)讓第3級皮帶停止運轉(zhuǎn)，讓其停止一段時間后，再停止第1級皮帶的運轉(zhuǎn)；如果第1級皮帶發(fā)生故障，則要求立刻同時停止第2級和第3級皮帶的運轉(zhuǎn)。此外，任何一級皮帶發(fā)生故障時，報警器電路都要發(fā)出報警信號。

2 系統(tǒng)設(shè)計方案

轉(zhuǎn)載機(jī)三級傳送控制系統(tǒng)主要由主控系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、警示系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)組成，其中主控系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心［1］。系統(tǒng)通電后，當(dāng)激光傳感器檢測到皮帶上有物料時，檢測系統(tǒng)立即發(fā)出信號給主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)對接收到的信號經(jīng)過分析處理后，發(fā)出相應(yīng)的指示命令給驅(qū)動系統(tǒng)和警示系統(tǒng)，此時各級電機(jī)均能夠正常啟動，每級電機(jī)所對應(yīng)的指示燈被點亮，系統(tǒng)處于正常啟動工作狀態(tài)；若激光傳感器沒有檢測到物料時，各級電機(jī)均能夠正常停止，每級電機(jī)所對應(yīng)的指示燈熄滅，系統(tǒng)處于正常停止工作狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)在正常工作過程中突然發(fā)生故障時，對應(yīng)的限位開關(guān)將會被立即觸發(fā)，檢測系統(tǒng)同時發(fā)出相應(yīng)信號給主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)按照接收到的故障類別及時發(fā)出相應(yīng)指令，各級皮帶對應(yīng)的電機(jī)會及時響應(yīng)接收的信號并處于工作狀態(tài)，同時主控系統(tǒng)給警示系統(tǒng)發(fā)出信號，報警器發(fā)出報警聲，提醒操作人員及時進(jìn)行維修，由此避免事故的發(fā)生。系統(tǒng)設(shè)計方案圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

整個系統(tǒng)硬件主要包括1塊主控板和3塊電路驅(qū)動板，主控系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和警示系統(tǒng)都集中在主控板上，3塊電路驅(qū)動板分別為帶動三級皮帶工作的相應(yīng)電機(jī)提供驅(qū)動。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計方案圖

3.1 主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心部分，由單片機(jī)最小系統(tǒng)、供電電路單元、串口通信模塊和故障消除按鍵模塊組成，主要負(fù)責(zé)對相關(guān)命令的發(fā)送和相應(yīng)數(shù)據(jù)的處理。當(dāng)主控系統(tǒng)接收到檢測系統(tǒng)發(fā)送來的相應(yīng)信號，經(jīng)過處理后發(fā)送指定命令給警示系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)，使之能夠按照系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行工作。主控系統(tǒng)的電路原理圖如圖2所示。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路主要由STC89C52、復(fù)位電路和時鐘電路3部分組成［2］；電源模塊為單片機(jī)和激光傳感器提供工作時所需的5V電壓；串行通信模塊采用MAX232實現(xiàn)RS232與TTL之間的電平轉(zhuǎn)換；故障消除按鍵用于消除模擬的電機(jī)故障；PCF8591接口用來實現(xiàn)單片機(jī)與電機(jī)驅(qū)動模塊中PCF8591芯片之間的相互通信。

圖2 主控系統(tǒng)電路原理圖

3.2 檢測系統(tǒng)

檢測系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端，由激光傳感器和限位開關(guān)組成。激光傳感器的主要功能是檢測有無物料，當(dāng)皮帶上無物料時，P33口為低電平，當(dāng)激光傳感器檢測到皮帶上有物料擋住激光時，發(fā)光二極管導(dǎo)通，P33口為高電平 （見圖3）。限位開關(guān)共有3個，用來模擬三級電機(jī)的故障狀態(tài)，當(dāng)故障發(fā)生時，相應(yīng)的限位開關(guān)被按下，對應(yīng)的端口（P34－P36）會變?yōu)榈碗娖?（見圖4）。

圖3 激光傳感器原理圖

圖4 限位開關(guān)原理圖

3.3 警示系統(tǒng)

警示系統(tǒng)由指示燈和報警器組成，主要通過外部的聲光設(shè)備來監(jiān)控整個系統(tǒng)，利于操作人員對整個工作過程的把握，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障能夠及時有效地處理，有利于安全生產(chǎn)。警示系統(tǒng)原理圖如圖5所示。系統(tǒng)中指示燈共有3個，分別用來表示三級電機(jī)的工作狀態(tài)，單片機(jī)的P20－P22口給三極管Q24－Q26的基極送低電平，對應(yīng)的三極管便能導(dǎo)通，發(fā)光二極管中有電流流過，指示燈發(fā)光，表明相應(yīng)的電機(jī)處于正常工作狀態(tài)；反之，指示燈熄滅，表明相應(yīng)的電機(jī)處于非正常工作狀態(tài)。報警器的額定電壓為12V，通過單片機(jī)控制一個單刀雙擲繼電器開關(guān)來控制報警器。當(dāng)任意一級電機(jī)發(fā)生故障時，單片機(jī)控制端P27口給三極管的基極送低電平，三極管Q23會因此導(dǎo)通，繼電器線圈中有電流流過，使得繼電器吸合，報警器接通電源發(fā)出報警信號［3－4］。

圖5 警示系統(tǒng)原理圖

圖6 算法流程圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件部分主要由主程序和PCF8591子程序組成，主程序通過主函數(shù)完成系統(tǒng)初始化及三級電機(jī)運轉(zhuǎn)功能，同時利用定時器中斷實時監(jiān)測皮帶上的物料和電機(jī)故障情況，最終完成系統(tǒng)要求的實現(xiàn)。系統(tǒng)的算法流程圖如圖6所示。

5 結(jié) 語

為了有效提高轉(zhuǎn)載機(jī)的安全性能，設(shè)計并實現(xiàn)了轉(zhuǎn)載機(jī)三級傳送控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多級傳送過程中的相互協(xié)調(diào)，同時具有自檢功能。此外，該系統(tǒng)還具有控制過程簡單、操作方便、成本低廉等優(yōu)點。因此，在提高轉(zhuǎn)載機(jī)的工作效率和安全性能方面起著十分重要的作用。

［1］郭天祥 .新概念51單片機(jī)C語言教程：入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略 ［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

［2］唐宇 .基于STC89C52單片機(jī)的無線超聲波霧化系統(tǒng)的設(shè)計 ［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2012（9）：146－149.

［3］陳廷俠 .基于89C51單片機(jī)控制放大增益的設(shè)計 ［J］.新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報 （自然科學(xué)版），2012，29（4）：313－315.

［4］吳鎮(zhèn)平 .基于ARM7嵌入式系統(tǒng)的電動機(jī)保護(hù)裝置研究 ［J］.長江大學(xué)學(xué)報 （自科版），2011，8（12）：97－98.